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発明の名称 楽音合成装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−34099(P2007−34099A)
公開日 平成19年2月8日(2007.2.8)
出願番号 特願2005−219920(P2005−219920)
出願日 平成17年7月29日(2005.7.29)
代理人 【識別番号】100104798
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 智典
発明者 中村 敦一
要約 課題
FM音源において、発音中に多彩な音色変動を実現できるようにする。

解決手段
モジュレータとして機能するオペレータ52およびキャリアとして機能するオペレータ58の各後段に、イコライザ54,60を介挿した。イコライザ54,60は、複数の中心周波数に対してピークまたはノッチを与えるデジタルフィルタによって構成され、これによって各オペレータの出力信号に含まれる高調波成分等のレベルを調整することにより、発音中であっても音色を変動させることができる。
特許請求の範囲
【請求項1】
変調信号を生成する第1のオペレータと、
該変調信号によって変調される楽音信号を生成する第2のオペレータと、
前記第1または第2のオペレータの後段に介挿され、第1ないし第n(nは2以上の自然数)の中心周波数においてピークまたはノッチを与える周波数特性を有するイコライザと
を有することを特徴とする楽音合成装置。
【請求項2】
前記イコライザを前記第1のオペレータの後段に介挿する第1の接続態様、前記イコライザを前記第2のオペレータの後段に介挿する第2の接続態様、または前記イコライザを介挿しない第3の接続態様のうち何れかの接続態様を指定する選択信号を出力する制御手段と、
該選択信号に応じて前記イコライザの接続状態を切り替えるセレクタと
をさらに有することを特徴とする請求項1記載の楽音合成装置。
【請求項3】
前記変調信号は複数の高調波成分を有するものであり、
前記イコライザは、前記第1のオペレータの後段に介挿されるものであり、
前記制御手段は、前記第1ないし第nの中心周波数を、前記高調波成分のうち周波数の低い順に選択したn個の高調波成分の周波数に設定するものである
ことを特徴とする請求項1または2記載の楽音合成装置。
【請求項4】
前記イコライザは、前記第2のオペレータの後段に介挿されるものであり、 前記制御手段は、前記変調信号の周波数をfmとし、前記楽音信号のキャリア周波数をfcとしたとき、前記第1ないし第nの中心周波数を、「fc +kfm」(kは自然数)の何れかに各々設定するものである
ことを特徴とする請求項1または2記載の楽音合成装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、周波数変調(FM)方式によって楽音を生成するために用いて好適な楽音合成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、周波数変調方式の楽音合成装置(FM音源)は、シンセサイザ、電子オルガン、携帯電話器等の分野において広く用いられている。このFM音源は、モジュレータ(変調信号発生部)とキャリア(主メロディ発生部)とから構成される。また、モジュレータ側に時変動LPFを設けることによって複雑な音色を付与できるものが特許文献1に開示されている。各オペレータにおいては、サイン波、三角波、矩形波等の1周期分の波形データを記憶した波形テーブルが設けられている。そして、各オペレータに対して与えられたピッチパラメータに応じた読出し速度で該波形テーブルの読出しアドレスが変更され、この読出しアドレスによってアクセスされたサンプル値が各オペレータから出力されることになる。
【0003】
【特許文献1】特開平3−121499号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、FM音源のオペレータにおいては、発音中に適切なタイミングでピッチパラメータや波形データを変更することは困難であった。すなわち、ピッチパラメータや波形データを変更すること自体は可能であっても、変更した結果、発生する楽音信号中に異音が生じる等の問題が生じるため、発音中はピッチパラメータや波形データを一定にしておく必要があった。なお、波形テーブルの読出しアドレスに対してビブラート処理を施すことは可能であり短期的にはピッチパラメータを変更したのと同様の効果を得ることもできるが、巨視的に見ればピッチパラメータを一定にせざるを得なかった。これにより、従来のFM音源においては、発音中において実行可能な音色変動の幅は小さいものに留まっていた。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、発音中に多彩な音色変動を実現できる楽音合成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するため本発明にあっては、下記構成を具備することを特徴とする。なお、括弧内は例示である。
請求項1記載の楽音合成装置にあっては、変調信号(S52)を生成する第1のオペレータ(52,202)と、該変調信号(S52)によって変調される楽音信号(S58)を生成する第2のオペレータ(58,206)と、前記第1または第2のオペレータの後段に介挿され、第1ないし第n(nは2以上の自然数)の中心周波数(fp1,fp2,fp3,fm1,fm2,fm3)においてピークまたはノッチを与える周波数特性を有するイコライザ(54,60,210)とを有することを特徴とする。
さらに、請求項2記載の構成にあっては、請求項1記載の楽音合成装置において、前記イコライザ(210)を前記第1のオペレータ(202)の後段に介挿する第1の接続態様、前記イコライザ(210)を前記第2のオペレータ(206)の後段に介挿する第2の接続態様、または前記イコライザ(210)を介挿しない第3の接続態様のうち何れかの接続態様を指定する選択信号(SEL1〜SEL3)を出力する制御手段(6)と、該選択信号に応じて前記イコライザ(210)の接続状態を切り替えるセレクタ(204,208,212)とをさらに有することを特徴とする。
さらに、請求項3記載の構成にあっては、請求項1または2記載の楽音合成装置において、前記変調信号(S52)は複数の高調波成分(fmq)を有するものであり、前記イコライザ(54)は、前記第1のオペレータ(52)の後段に介挿されるものであり、前記制御手段(6)は、前記第1ないし第nの中心周波数(fm1,fm2,fm3)を、前記高調波成分(fmq)のうち周波数の低い順に選択したn個の高調波成分(fmq)の周波数に設定するものであることを特徴とする。
さらに、請求項4記載の構成にあっては、請求項1または2記載の楽音合成装置において、前記イコライザ(54)は、前記第2のオペレータ(58)の後段に介挿されるものであり、前記制御手段(6)は、前記変調信号(S52)の周波数をfmとし、前記楽音信号(S58)のキャリア周波数をfcとしたとき、前記第1ないし第nの中心周波数を、「fc+kfm」(kは自然数)の何れかに各々設定するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【0006】
このように、本発明によれば、第1または第2のオペレータの後段に介挿され、第1ないし第n(nは2以上の自然数)の中心周波数においてピークまたはノッチを与える周波数特性を有するイコライザを設けたから、該イコライザにおいて高調波成分等を自由に調整することができ、発音中においても多彩な音色変動を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
1.第1実施例
1.1.第1実施例のハードウエア構成
次に、本発明の第1実施例の音源装置の構成を図1を参照して説明する。
図において6はCPUであり、ROM2に記憶されたプログラムに基づいて、バス8を介して音源装置内の各部を制御する。4はRAMであり、CPU6のワークメモリとして使用される。10は通信インタフェースであり、MIDI信号等を入出力する。12は表示部であり、ユーザに対して各種情報を表示する。14は操作部であり、各種スイッチ、ポインティングデバイス等から構成されている。16はDSPであり、後述するアルゴリズムを記述したマイクロプログラムに基づいて楽音信号を合成する。18はDAコンバータであり、合成された楽音信号をアナログ信号として出力する。
【0008】
1.2.第1実施例のアルゴリズム構成
次に、DSP16において実現されるアルゴリズムの構成を図2を参照し説明する。
図において52はモジュレータとして機能するオペレータであり、変調信号として零信号を受信するとともに、パラメータ群OPP1に基づいて信号S52を合成する。54はイコライザであり、パラメータ群EQP1に基づいて、信号S52に対してフィルタリング処理を施し、その結果を信号S54として出力する。56はセレクタであり、選択信号SEL1に基づいて信号S52,S54のうち一方を選択し、その結果を信号S56として出力する。58はキャリアとして機能するオペレータであり、信号S56を変調信号として受信し、この信号S56とパラメータ群OPP2とに基づいて信号S58を出力する。60はイコライザであり、パラメータ群EQP2に基づいて、信号S58に対してフィルタリング処理を施し、その結果を信号S60として出力する。62はセレクタであり、選択信号SEL2に基づいて信号S58,S60のうち一方を選択し、その結果を出力信号Soutとして出力する。上述した各パラメータ群OPP1,OPP2,EQP1,EQP2および選択信号SEL1,SEL2は、CPU6によって与えられるものである。
【0009】
次に、各オペレータ52,58の詳細構成を図3を参照し説明する。
図において72はセレクタであり、フィードバックオン・オフ信号FBに基づいて、外部から供給された変調信号INまたはフィードバック信号S70のうち一方を選択し、変調信号S72として出力する。74はフェーズジェネレータであり、ピッチを指定するピッチパラメータPTPに基づいて、当該ピッチを周期とする鋸歯状波の基本位相信号S74を出力する。76は加算器であり、変調信号S72と基本位相信号S74とを加算し、この結果を位相信号S76として出力する。80はウエーブテーブルであり、サイン波、矩形波、三角波等の種別の各1周期の波形データが記憶されている。78はアドレスジェネレータであり、上記波形データの種別を指定する波形パラメータWPを受信すると、当該種別に応じたオフセット値を位相信号S76に加算し、この結果をアドレス信号S78としてウエーブテーブル80に供給する。
【0010】
これにより、ウエーブテーブル80においては、波形パラメータWPに係る波形データの位相信号S76におけるサンプル値が読み出され、その結果が信号S80として出力される。82はエンベロープジェネレータであり、複数種類のエンベロープデータが記憶されており、これら何れかのエンベロープデータを指定するエンベロープパラメータEPが供給されると、対応するエンベロープデータにおける刻々の瞬時値であるエンベロープ信号S82を出力する。84は乗算器であり、信号S80,S82を乗算し、その結果を出力信号OUTとして出力する。この出力信号OUTには乗算器70を介して所定のフィードバックゲインが乗算され、その結果がフィードバック信号S70としてセレクタ72に供給される。
なお、図1において説明したオペレータ用のパラメータ群OPP1,OPP2とは、上述した各パラメータFB,PTP,WP,EPを総称したものである。
【0011】
次に、各イコライザ54,60の詳細構成を図4を参照し説明する。
図において101〜112は遅延回路であり、各々入力された信号を1サンプリング周期だけ遅延させて出力する。130〜134,150〜154,170〜174は乗算器であり、各々入力された信号に対して係数P1_0〜P1_4,P2_0〜P2_4,P3_0〜P3_4を乗算し出力する。135,155,175は加算器であり、各々乗算器130〜134,150〜154,170〜174の出力信号を加算して出力する。なお、図1において説明したイコライザ用のパラメータ群EQP1,EQP2とは、係数P1_0〜P1_4,P2_0〜P2_4,P3_0〜P3_4を総称したものである。ここで、乗算器130〜134と加算器135、乗算器150〜154と加算器155、および乗算器170〜174と加算器175は、各々独立したピーキングフィルタ(またはノッチフィルタ)120、140、および160を構成する。従って、イコライザ54,60は、入力された信号に対して、各々最大「3」のピーク(またはノッチ)を有する周波数特性を付与して出力することができる。
【0012】
ここで、各フィルタにおける係数Pk_0〜Pk_4(但し、kは1〜3の何れか)の決定方法について説明しておく。サンプリング周波数をfsとし、フィルタ120、140、160のうちあるフィルタにおいて、中心周波数をfp、共振の鋭さをQ、中心周波数fpのゲインをG[dB] とするフィルタリング特性を付与することとしたとき、A=10G/40、ω=2π・fp/fs、α=(sinω)/2Q、β=1+α/Aとおくと、各係数Pk_0〜Pk_4は以下のようにして求められる。
Pk_0=Pk_2=Pk_4=(1+α・A)/β、
Pk_1=Pk_3=−2(cosω)/β。
【0013】
1.3.第1実施例の動作
まず、オペレータ52,58において、各々波形パラメータWPとして「正弦波」が選択され、オペレータ52においては変調周波数fm、オペレータ58においてはキャリア周波数fcに係るピッチパラメータPTPが選択され、両オペレータにてフィードバックオン・オフ信号FBがオフ状態(外部入力の変調信号を選択)に設定されたとする。かかる場合は、信号S58において、元々のキャリア周波数fcの周波数成分に加えて、「fc ±k・fm」(但し、kは自然数)の高調波成分が生じる。オペレータ52,58において選択された波形が正弦波以外のものであった場合は、その波形を構成する複数の正弦波成分毎に同様の高調波成分が生じることになる。しかし、これら高調波成分のうち、選択された両波形の基本波であるキャリア周波数fcと変調周波数fmとによって生じる高調波成分「fc ±k・fm」のエネルギーは比較的高く、しかも自然数kの値が小さいほどエネルギーが高くなる傾向がある。そして、通常は、変調周波数fmとしてはキャリア周波数fc以上の周波数が選択されるから、周波数成分「fc +k・fm」のうち自然数kの値が低いものほどエネルギーが大きくなる傾向がある。
【0014】
一般に、エネルギーが大きい周波数成分ほど音色に対して重要な影響を及ぼすことが多い。そこで、かかる場合においては、周波数成分「fc +k・fm」のうち自然数kの小さい順、すなわち周波数成分「fp1=fc +fm」、「fp2=fc +2fm」、「fp3 =fc +3fm」をイコライザ60においてピーク(またはノッチ)を付与する中心周波数とするとよい。そして、生成しようとする音色に基づいてこれら中心周波数fp1,fp2,fp3 におけるゲインGp1,Gp2,Gp3をイコライザ60に設定するとよい。
【0015】
また、オペレータ52において生成される信号S52が変調周波数fm以外に複数の高調波成分fmq (q=1,2,3,……)を含む場合、後段のオペレータ58において生成される信号S58には、各々対応する周波数成分「fc +k・fmq」が含まれることになる。これら信号S52に含まれる各周波数成分のエネルギーは、信号S52に含まれる高調波成分fmqのエネルギーに比例するから、該高調波成分fmqのエネルギーを増減することによって、信号S58内の周波数成分「fc +k・fmq」のエネルギーを増減することができる。これら高調波成分fmqのエネルギーも周波数が低くなるほど高くなる傾向があり、エネルギーが大きい周波数成分ほど音色に対して重要な影響を及ぼすことが多い。そこで、かかる場合には、高調波成分fmqのうち周波数の低い順に選んだ周波数fm1, fm2, fm3を、イコライザ54においてピーク(またはノッチ)を付与する中心周波数とよい。そして、生成しようとする音色に基づいてこれら中心周波数fm1, fm2, fm3におけるゲインGr1,Gr2,Gr3をイコライザ54に設定するとよい。
【0016】
以上のように本実施例によれば、イコライザ54,60に与えるパラメータ群EQP1,EQP2に応じて、多彩な音色の楽音信号を生成することができる。ここで、イコライザ60の中心周波数fp1,fp2,fp3およびゲインGp1,Gp2,Gp3、イコライザ54の中心周波数fm1, fm2, fm3およびゲインGr1,Gr2,Gr3は、固定的に設定する必要は全くなく、発音中に変更しても特に楽音信号に支障が生じるものではない。従って、本実施例においては、発音中に音色を変動させる際に、オペレータ52,58に与えるピッチパラメータPTPおよび波形パラメータWP等を変更する必要はなく、パラメータ群EQP1,EQP2を変更することによって多彩な音色変動を実現することが可能である。なお、音色変動のタイミングは、楽音信号の生成を開始した後の時刻の進行や、通信インタフェース10から受信したMIDI等に基づいて、適宜指定することができる。
【0017】
2.第2実施例
次に、本発明の第2実施例の音源装置について説明する。第2実施例の音源装置のハードウエア構成は第1実施例のもの(図1)と同様であるが、アルゴリズムの全体構成は図5(a)に示す通りになっている。図5(a)において202はモジュレータとして機能するオペレータであり、パラメータ群OPP1に基づいて変調信号を合成し、セレクタ204,208に出力する。206はキャリアとして機能するオペレータであり、セレクタ204を介して受信した変調信号と、パラメータ群OPP2とに基づいて楽音信号を合成し、セレクタ208,212に出力する。210はイコライザであり、セレクタ208を介して受信した信号に対してパラメータ群EQP1に基づくイコライジング処理を施し、その結果をセレクタ204,212に出力する。
【0018】
ここで、各オペレータ202,206およびイコライザ210の詳細構成は第1実施例のもの(図3,図4)と同様である。セレクタ204,208,212は、各々選択信号SEL1,SEL2,SEL3に基づいて、各々入力された2系統の信号のうち一方を選択し出力する。オペレータ202とオペレータ206との間にイコライザ210を介挿する場合には、図5(b)の最上段にあるように、選択信号SEL1,SEL2,SEL3は「1,1,0」に設定される。また、オペレータ206の後段にイコライザ210を介挿する場合には、選択信号SEL1,SEL2,SEL3は「0,0,1」に設定される。また、イコライザ210を使用しない場合には、選択信号SEL1,SEL3は「0,0」に設定される。
【0019】
また、第1実施例のものと同様に、パラメータ群OPP1,OPP2,EQP1および選択信号SEL1〜SEL3はCPU6によって与えられるものである。このように、本実施例においては、1台のイコライザ210の介挿箇所をセレクタ204,208,212によって任意に設定できるため、1台のイコライザのみを用いる場合においても、多彩な音色を合成することができる。なお、イコライザ210における中心周波数は、イコライザ210をオペレータ202の後段に介挿する場合は第1実施例のイコライザ54と同様に設定し、オペレータ206の後段に介挿する場合はイコライザ60と同様に設定するとよい。
【0020】
3.変形例
本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、例えば以下のように種々の変形が可能である。
(1)上記各実施例においては、DSP16上で動作するマイクロプログラムによって各種アルゴリズムを実行したが、このマイクロプログラムのみをCD−ROM、フレキシブルディスク等の記録媒体に格納して頒布し、あるいは伝送路を通じて頒布することもできる。また、上記各アルゴリズムは必ずしもDSPによって実現する必要はなく、各アルゴリズムをハードウエアのデジタル回路によって実現することもできる。
【0021】
(2)上記各実施例において、各イコライザ54,60,210の中心周波数の数は「3」以上であってもよく、各中心周波数の決定方法も上述したものに限られるものではなく、合成しようとする波形に応じて決定するとよい。例えば、イコライザ60の中心周波数fp1,fp2,fp3は、キャリア周波数fcの奇数調波を増幅し、偶数調波を減衰させるように設定するような例が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明の第1実施例の音源装置のブロック図である。
【図2】第1実施例のアルゴリズムのブロック図である。
【図3】オペレータのアルゴリズムのブロック図である。
【図4】イコライザのアルゴリズムのブロック図である。
【図5】第2実施例のアルゴリズムのブロック図である。
【符号の説明】
【0023】
2:ROM、4:RAM、6:CPU(制御手段)、8:バス、10:通信インタフェース、12:表示部、14:操作部、16:DSP、18:DAコンバータ、52,58:オペレータ、54,60:イコライザ、56,62:セレクタ、70:乗算器、72:セレクタ、74:フェーズジェネレータ、76:加算器、78:アドレスジェネレータ、80:ウエーブテーブル、82:エンベロープジェネレータ、84:乗算器、101〜112:遅延回路、120,140,160:フィルタ、130〜134,150〜154,170〜174:乗算器、135,155,175:加算器、202,206:オペレータ、204,208,212:セレクタ、210:イコライザ。




 

 


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